柯南˙道尔在索思西开业行医时，不断向《康希尔》杂志投稿。爱丁堡大学医院里的外科医生约瑟夫·贝尔为了使讲解生动有趣，鼓励学生像观察判断左撇子修鞋匠或由高原兵团退役的中士那样，对病人进行精确的观察和逻辑推理，作出必要的判断。柯南道尔受到很大启发，在脑海里形成一个故事：一个具有高度科学头脑的侦探，遇到一起谋杀案，作案人化装成车夫……这个故事就是《血字的研究》的腹稿。经过仔细琢磨，侦探被命名为歇洛克·福尔摩斯。

　　《福尔摩斯探案全集》共有四部长篇及56个短篇：第一部长篇《血字的研究》完成于1886年，隔年与其它作品合集出版于《比顿圣诞年刊》。作为一个小说家，柯南道尔认识到他的主人翁必须有一个陪衬人物出现。就这样，《血字的研究》便以华生医生的回忆形式来进行描写，为今后许多侧面的评论埋下伏笔。

　　《利平科特杂志》的编辑看到这篇小说后，邀请柯南·道尔继续写一篇关于福尔摩斯的侦探故事。1890年问世的《四签名》，客观上反映了对印度的殖民掠夺，获得了巨大的成功。逐渐地，歇洛克·福尔摩斯立刻成为英国文学的著名人物。柯南·道尔连续写了6个短篇故事：《波宫秘史》、《红发会》、《身分案》、《博斯科姆比溪谷秘案》、《五个橘核》及《歪唇男人》，这些故事引起人们的极大兴趣，产生了深刻的影响。《岸边杂志》约柯南道尔为他们写更多类似的故事。于是柯南道尔开始写第二批故事。第二批也是6篇，连同第一批，在1892年汇编成《冒险史》。与此同时，《海滨杂志》也向柯南·道尔邀稿，1892年以《银色马》为首的12个故事陆续发表，1894年汇集成《回忆录》出版。

　　这时，柯南·道尔决心停止写作这类故事，因此在《最后一案》中，让福尔摩斯坠入深渊身亡。此举使读者大哗，有超过两万人取消订阅连载故事的《岸边杂志》（The Strand Magazine），连他母亲也提出抗议。

　　1901年，柯南·道尔听到一个朋友讲述达特摩尔的传奇，于是构思了一个家庭遭受一只鬼怪似的猎犬追逐的神奇故事，这就是1902年出版的第三部长篇《巴斯克维尔的猎犬》，这个作品成功唤起了读者和出版者对福尔摩斯的希望；1903年44岁，柯南·道尔终于在《空屋》中安排福尔摩斯归来，并完成12个短篇，1905年结集成《归来记》。《恐怖谷》是他第四部长篇，于1915年完成；1917年结集的《最后致意》收录8个短篇，由于故事背景充分结合了当时政经情况，推出后轰动一时，许多人甚至以为真有其人其事。1927年发表的《新探案》是他晚年最后一部作品，共12个短篇；此后柯南·道尔“安排”福尔摩斯到“英国南部乡间隐居，专心研究养蜂事业了。”

　　1900年，柯南·道尔以军医身份到南非参与布尔战争（The Bore War）。因在野战医院表现出色，获封爵士。1930年7月7日过世，享年71岁。